CS232287B1

CS232287B1 - A method of utilizing heat from silicon carbide synthesis to produce boron carbide

Info

Publication number: CS232287B1
Application number: CS835429A
Authority: CS
Inventors: Vlastimil Brozek; Tomas Schejbal
Original assignee: Vlastimil Brozek; Tomas Schejbal
Priority date: 1983-07-19
Filing date: 1983-07-19
Publication date: 1985-01-16
Also published as: CS542983A1

Abstract

Vynález spočívá v tom, že při výrobě karbidu křemíku podle Achesonova postupu se nejdříve vytvoří grafitové topné jádro, které se obalí žavážkou směsi kysličníku křemičitého a uhlíku ve steehiometrickém poměru pro vznik karbidu křemíku a ve vzdálehosti od jádra, kde se podle rozměru pece dosahují maximální teploty 2 200. C se vytvoří systém stěnových zábran rovnoběžných s grafitovým jádrem, nejlépe z grafitových desek a tento prostor se zaplní žavážkou směsi kysličníku boritého a uhlíku ve steehiometrickém poměru pro vznik karbidu boru stejné zrnitosti jako má směs kysličníku křemíku a uhlíku. V prostoru pece s teplotou nižší než 1 500 °C se může vytvořit další systém zábran, který oddělí prostor zaplněný směsí kysličníku boritého a uhlíku od ochranného tepelně izolačního zásypu.The invention consists in that in the production of silicon carbide according to the Acheson process, a graphite heating core is first formed, which is coated with a coating of a mixture of silicon dioxide and carbon in a stoichiometric ratio for the formation of silicon carbide and at a distance from the core, where, according to the dimensions of the furnace, maximum temperatures of 2,200°C are reached, a system of wall barriers parallel to the graphite core is formed, preferably from graphite plates, and this space is filled with a coating of a mixture of boron dioxide and carbon in a stoichiometric ratio for the formation of boron carbide of the same grain size as the mixture of silicon dioxide and carbon. In the furnace space with a temperature lower than 1,500°C, another system of barriers can be formed, which separates the space filled with the mixture of boron dioxide and carbon from the protective thermal insulation backfill.

Description

Karbit boru B^C ae připravuje principiálně stejným způsobem jako karbit křemíku SIC, tj· karboretnickou redukci oxidu boritého. Průmyslově podmínky jeou mírně diferencovány podle typu provozního zařízeni, hlavně pece a modifikují ae podle parametrů vstupních surovin, zejména zrnitosti, vlhkostí a obsahu nečistot. Z termodynamického rozboru a porovnání reakcíBoron carbide B ^ C ae prepares in principle the same way as silicon carbide SIC, ie carboretine reduction of boron oxide. Industrial conditions are slightly differentiated according to the type of process equipment, mainly furnaces, and they are modified according to the parameters of input raw materials, especially grain size, moisture and impurity content. From thermodynamic analysis and comparison of reactions

Si0₂ + 3 C = SiC + 2 CO 2 B₂0₃ + 7 C - B₄C + 6 CO /1/ /2/ a závislosti paroiálniho tlaku oxidu uhelnatého na teplotě /viz např. obr. 1/ vyplývá, že karbit boru B^C vzniká při nižší teplotě neě karbit křemíku SiC. Tohoto faktu je vynutíte podle vynálezu, který ee týká přípravy B^C využitím průmyslového zařízení a současně tepla vznikajícího při výrobě SIC.Si0 ₂ + 3 C = SiC + 2 CO 2 B ₂ 0 ₃ + 7 C - B ₄ C + 6 CO (1 / / 2) and dependence of the paroial pressure of carbon monoxide on temperature (see eg Fig. 1) shows that Boron carbide B ^ C is formed at a lower temperature than SiC. This fact is enforced according to the invention, which relates to the preparation of B ^ C using industrial equipment and at the same time the heat generated in the production of SIC.

Při výrobě SiC je Achesonova pec vyhřívána průchodem elektrického proudu grafitovým topným odporovým jádrem a kolem jádra je vytvořena zavéika směsi oxidu křemičitého a uhlíku ve vyzkoušeném a ověřeném hmotnostním poměru. V zóně kolem topného jádra je pracovní teplota příliš vysoké, dochází zde k rozkladu SiC a naopak, ve vzdálenější oblasti od topného jádra, kde teplota nedosahuje potřebná výše pro průběh chemické reakce, zůstává složeni reakční směsi /tj. zavážky/ prakticky stejné a slouží především jako tepelně izolační séayp.In SiC production, the Acheson furnace is heated by passing electrical current through a graphite heating resistive core, and a silica-carbon mixture is formed around the core in a tested and verified weight ratio. In the zone around the heating core, the working temperature is too high, SiC decomposes, and vice versa, in the distant region from the heating core, where the temperature does not reach the level required for the chemical reaction, the composition of the reaction mixture remains. landfills / practically the same and serves primarily as a thermal insulation séayp.

Produkt z této zóny je využíván jako vratná surovina pro příští syntézu. Předmět vynálezu se týká využiti tepla z oblasti mezi zonou SiC a zonou Izolačního zásypu k k uskutečněni syntézy karbidu boru. Způsob využiti tepla ze syntézy karbidu křemíku k k výrobě karbidu boru podlá vynálezu spočívá v tom, Že při výrobě karbidu křemíku podle Achesonova postupu sa nejdříve vytvoří grafitové topné jádro, která ae obalí savéžkou směsi kysličníku křemičitého a uhlíku ve stechiometrickém poměru pro vznik karbidu křemíku a ve vzdálenosti od jádra, kde ae podle rozměru pece dosahuje maximálně teploty 2 200 °C se vytvoří eystám stěnových zábran rovnoběžných a grafitovým jádrem, nejlépe a grafitových desek a tento prostor se zaplní savéžkou směsi kysličníku boritého a uhlíku ve stechiometrickém poměru pro viník karbidu boru stejné zrnitosti jako mé aměz kysličníku křemíku a uhlíku.The product from this zone is used as the return material for the next synthesis. The present invention relates to the use of heat from the region between the SiC zone and the Insulation Backfill zone to effect the synthesis of boron carbide. The method of utilizing the heat from the synthesis of silicon carbide for the production of boron carbide according to the invention consists in that in the production of silicon carbide according to the Acheson process, a graphite heater is first formed which envelops the bead of silica and carbon in stoichiometric ratio for silicon carbide formation and distances from the core, where the temperature of the furnace reaches a maximum temperature of 2 200 ° C, the wall barriers are parallel to the graphite core, preferably the graphite plates, and this space is filled with a bead of boric oxide / carbon in stoichiometric ratio as my silicon oxide and carbon amalgam.

V proaetoru pece a teplotou nižší než 1 500 °C ee může vytvořit dalěí systém zábran, který oddělí prostor saplniný emisí kysličníku boritého e uhlíku od ochranného tepelně isolmčního zásypu. Výhoda tohoto spůaobu výroby se projeví především v úspoře tepelné energie, které by se jinak neužitečně akumulovala v iaolačním obalu. Další výhodou je možnost využití stávajícího zařízení k výrobě produktu, který je cenově efektivnější než samotný karbid křemíku, což celou výrobu jak karbidu křemíku, tak i karbidu boru podstatně zlevňuje.In the furnace furnace and at a temperature of less than 1500 ° C ee, it may form an additional barrier system that separates the space filled by the emission of boron oxide e carbon from the protective thermal insulating backfill. The advantage of this method of production will be manifested in particular in the saving of thermal energy, which would otherwise be uselessly accumulated in the insulation package. Another advantage is the possibility of using existing equipment to produce a product that is more cost effective than silicon carbide alone, which substantially reduces the cost of producing both silicon carbide and boron carbide.

Na připojeném obrázku 1 je zobrazen graf závislosti parciálního tlaku oxidu uhelnatého na teplotě a na obrázku 2 ja zobrazen schematický nákres konkrétního uspořádání eyntáV·1 is a graph of the carbon monoxide partial pressure versus temperature, and FIG. 2 is a schematic diagram of a particular arrangement of the carbon monoxide.

PřikladExample

Schematický nákres konkrétního uspořádáni syntézy je na obr. 2. Při stavbě pece 1 na výrobu SiC podlá Achesonova spůaobu postupujeme tak, ia pomocí stěnových zábran ve funkci rozebíratelná formy ee nejprve připraví grafitové topné jádro £, která as z vnějších stran zasype směsí (SiO₂ * 3 C) £· Zébrany-formy, nejlépe plechová, se potom opatrně vytáhnou a dokončí aa savéžka horní části pece.A schematic drawing of the synthesis of the particular arrangement shown in FIG. 2. In the construction of the furnace 1 for producing a SiC according Acheson spůaobu proceed as follows ia using wall barriers function in detachable form ee initially prepared graphite heater core £ that of the outer sides and filled with a mixture (SiO ₂ The ribs-molds, preferably sheet metal, are then carefully removed and completed and the upper part of the furnace.

Podle navrhovaného spůaobu výroby B^C aa postupuje déle tak, že kromě plechových rozebíratelných forem na přípravu grafitového topného jádra aa rovnoběžně aa svislými stěnami těchto forem instaluje druhá řada stěn nebo zábran J podélně s delSí osou pece ve vzdálenosti, kde podle typu a rozměru pece lze předpokládat maximální teplotu 2 200 °Ó Do tohoto prostoru se umístí navážka směsi (ve stechiometrickám poměru BgO^ + 3,5 C) 5, se stejnou zrnitostí, jako má směs (SiO₂ + 3 C) Pokud je třeba strikně oddělit prostor tvorby SiC od B^C, je možno odděleni prostoru docílit grafitovými deskami, která v peci zůstanou po celou dobu syntézy a při rozebírání pece po skončení reakce umožní dokonalejší oddělení obou produktů - SiC a B^C. Chybný odhad vzdálenosti předpokládaná zóny s teplotou max. 2 200 °C směrem k vyšším hodnotám má za následek snížení výtěžku B^C, neohrozí však vlastní syntézu SiC, ani její výtěžnost.According to the proposed method of production, B ^C aa takes longer to install, in addition to sheet metal demountable molds for preparing the graphite heating core aa parallel to and vertical walls of these molds, a second row of walls or barriers longitudinally with the longer axis of the furnace. a maximum temperature of 2 200 ° can be assumed Ó A weighed portion of the mixture (in stoichiometric ratio BgO ^ + 3.5 C) is placed in this space 5, with the same grain size as the mixture (SiO ₂ + 3 C). SiC from B ^ C, space separation can be achieved by graphite plates that remain in the furnace throughout the synthesis and allow more complete separation of the SiC and B ^ C products when the furnace is disassembled at the end of the reaction. An incorrect estimation of the distance of the presumed zone with a maximum temperature of 2 200 ° C towards higher values results in a reduction of the B ^C yield but does not jeopardize the actual SiC synthesis or its yield.

Claims

object of the invention

1. A method of utilizing heat from the synthesis of silicon carbide for the production of boron carbide, characterized in that the production of silicon carbide according to the Acheson process first produces graphite. a heating resistor core, which is coated with a mixture of silica and carbon in a stoichiometric ratio to form silicon carbide and at a distance from the core, where the furnace size reaches a maximum of 2,200 ° C, creates a wall barrier system common to the graphite core; preferably of graphite plates, and this space is filled by charging a mixture of boron oxide and carbon in a stoichiometric ratio to produce boron carbide of the same grain size as the silica-carbon mixture.

2. A method according to claim 1, characterized in that, in a furnace space having a temperature of less than about 10 DEG C., the furnace is at a temperature below about 100 DEG F.

1500 ° C creates a longer barrier system that separates the space filled with a mixture of boron oxide and carbon from the protective thermal backfill.